التصوير المجسم الرقمي

في التكوين خارج المحور، تُستخدم زاوية صغيرة بين شعاعي المرجع والهدف لمنع تداخل مساهمات التداخل المتبادل بين المجالين البصريين للهدف والمرجع مع مساهمات التداخل الذاتي لهذين المجالين. وقد توصل إيميت ليث وجوريس أوباتنيكس إلى هذه الاكتشافات في مجال التصوير المجسم التناظري، ^{[ 4 ]} ثم جرى تكييفها لاحقًا مع التصوير المجسم الرقمي. في هذا التكوين، لا يلزم سوى تسجيل مخطط تداخل رقمي واحد لإعادة بناء الصورة. ومع ذلك، يمكن أيضًا استخدام هذا التكوين بالتزامن مع طرق التعديل الزمني، مثل إزاحة الطور وإزاحة التردد، لإجراء قياسات عالية الحساسية في ظروف الإضاءة المنخفضة. ^{[ 5 ]}

تتضمن عملية التصوير المجسم الرقمي بإزاحة الطور (أو بخطوات الطور) التقاط عدة صور تداخلية، تشير كل منها إلى علاقات الطور البصري بين الضوء المنعكس من جميع نقاط الجسم المضاء وشعاع ضوئي مرجعي مضبوط. يتم إزاحة الطور البصري للشعاع المرجعي من صورة تداخلية إلى أخرى. ومن خلال توليفة خطية لهذه الصور التداخلية، تتشكل صور مجسمة ذات قيم مركبة. تحتوي هذه الصور المجسمة على معلومات السعة والطور للإشعاع الضوئي المنعكس من الجسم، في مستوى المستشعر. ^{[ 6 ]}

باستخدام مُعدِّلات كهروضوئية (خلايا بوكل) أو مُعدِّلات صوتية ضوئية (خلايا براغ)، يُمكن تغيير تردد شعاع الليزر المرجعي بمقدار قابل للضبط. وهذا يُتيح الكشف البصري غير المتجانس ، وهي عملية تحويل تردد تهدف إلى تغيير مُكوِّن إشارة ضوئية بترددات الراديو ضمن النطاق الزمني للمستشعر. يُمكن استخدام الهولوغرامات ذات التردد المُغيَّر في تصوير دوبلر الليزري ضيق النطاق . ^{[ 7 ]}

تم بنجاح معالجة نطاقات متباينة في آنٍ واحد من النطاق الزمني والمكاني للهولوغرامات، وذلك باستخدام تقنيات التعدد الزاوي ^{[ 8 ]} ، والطول الموجي ^{[ 9 ] [ 10 ]} ، وتقسيم الفضاء ^{[ 11 ]} ، والاستقطاب ^{[ 12 ]} ، والنطاق الجانبي ^{[ 13 ] [ 14 ]} . ويمكن دمج الهولوغرامات الرقمية وفك دمجها رقميًا لتخزينها ونقلها بكفاءة. كما يمكن استعادة السعة والطور بدقة ^{[ 15 ] .}

يمكن تحقيق دقة فائقة باستخدام محزز حيود طوري ديناميكي لزيادة فتحة مصفوفة CCD بشكل اصطناعي. ^{[ 16 ]} ويمكن تحقيق تحديد دقيق للغاية لمواقع الجسيمات من خلال اعتماد مخطط تصميم مشترك للبصريات ومعالجة البيانات. ^{[ 17 ]}

التصوير المقطعي البصري ، المعروف أيضاً بإعادة بناء الصور المقطعية، هو عملية استعادة صورة مستوية عند عمق محوري محدد من صورة ثلاثية الأبعاد رقمية. وقد استُخدمت تقنيات رياضية متنوعة لحل هذه المشكلة، وتُعدّ تقنية التصوير العكسي من أكثرها تنوعاً. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

باستخدام قدرة التصوير ثلاثي الأبعاد للتصوير المجسم الرقمي في السعة والطور، من الممكن زيادة عمق التركيز في المجهر. ^{[ 21 ]}

يُتيح التحليل الرقمي لمجموعة من الصور المجسمة المسجلة من اتجاهات مختلفة أو باستخدام اتجاهات مختلفة للموجة المرجعية، المحاكاة العددية لعدسة موضوعية ذات فتحة عددية كبيرة ، مما يؤدي إلى تحسين مماثل في الدقة. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} تُسمى هذه التقنية بالمجهر التداخلي .

تُطبّق تقنية التصوير المجسم المضغوط مبادئ الاستشعار المضغوط على المسألة العكسية غير المحددة جيدًا لاستعادة المعلومات ثلاثية الأبعاد من صورة مجسمة ثنائية الأبعاد. وقد طُرحت هذه الطريقة من قِبل برادي وآخرون عام 2009 ^{[ 25 ]} ، حيث تُصاغ عملية إعادة بناء الصورة المجسمة الرقمية كعملية تحسين مُنتظمة، يُفرض فيها شرط مسبق للتباعد - عادةً ما يكون التباين الكلي أو معيار L1 في مجال التحويل - على الحجم المُعاد بناؤه. ولأن مُعامل الانتشار الأمامي من جسم ثلاثي الأبعاد إلى مستوى استشعار ثنائي الأبعاد غير مُحدد بشكل كبير، فإن الانتشار العكسي التقليدي يُعاني من تلوث خارج نطاق التركيز وحد الصورة المزدوجة؛ أما الصيغة المضغوطة فتُزيل كليهما عن طريق اختيار الحل الأكثر توافقًا مع نموذج الإشارة المفترض من بين عدد لا نهائي من الحلول المتوافقة مع البيانات المُسجلة.

يشير التصوير المجسم التفاضلي ^{[ 26 ]} إلى فئة من الأساليب التي تُعبّر فيها سلسلة عمليات التصوير المجسم بأكملها - الإضاءة، والانتشار، واستجابة المستشعر، وخوارزمية إعادة البناء - عن نفسها كرسم بياني حسابي تفاضلي، ويتم تحسينها من البداية إلى النهاية باستخدام تقنيات تعتمد على التدرج. عند تطبيقها في أطر التفاضل التلقائي، يوحّد هذا النهج إعادة البناء القائمة على النموذج، ومعايرة معلمات النظام الفيزيائي، والمعلومات المسبقة القابلة للتعلم ضمن حلقة تحسين واحدة. على عكس استرجاع الطور التكراري التقليدي، الذي يفترض نموذجًا أماميًا ثابتًا ومعروفًا بدقة، يتعامل التصوير المجسم التفاضلي مع معلمات النظام كمتغيرات حرة يمكن استعادتها بشكل مشترك مع الجسم، مما يعالج فجوة المحاكاة والتجربة التي تحد من دقة إعادة البناء القائمة على الفيزياء في الممارسة العملية. يُعتبر التصوير المجسم التفاضلي مثالًا نموذجيًا لنموذج التصوير التفاضلي الأوسع ^{[ 27 ] [ 28 ]} ، حيث يتم تصميم البصريات والمستشعرات والخوارزميات بشكل مشترك.